Люминесцентные полимерные материалы для тонкопленочных

халькогенидных солнечных элементов

Тузова Виктория Владимировнаинженер

ФГУП «Научно-исследовательский институт прикладной акустики»

Цель работы:

Создание люминесцентных полимерных материалов, позволяющих увеличивать эффективность тонкопленочных халькогенидных солнечных элементов

Тонкопленочные халькогенидные солнечные элементы

1. Перспективная и активно развивающаяся технология

2. Низкая себестоимость получаемой энергии

3. Эффективность до 12 -15%

Down- и up-конверсия в солнечной энергетике

Требования к down-конверсионным люминесцентным фильтрам

Поглощение в области спектра, лежащей за пределами спектральной чувствительности СБ

Люминесценция в области спектральной чувствительности СБ

Прозрачность в видимой области спектра

Люминесцентные материалы для down-конверсионных

люминесцентных фильтров

Люминофоры

Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием (YAG:Ce)

Наночастицы диоксида кремния с пришитым люминофором

Органические люминофоры

2,7:5 2,85:5 3:5 3,15:5 3,3:5Мольное соотношение Y:Al

0,7 1 1,5 3 5 7Концентрация церия, мольные % от количества иттрия

Метод 1Соосаждение гидроксидов

металловСоосаждение гидроксидов иттрия,

церия и алюминия из раствора солей (нитрат иттрия, нитрат церия и

хлорид алюминия )

Выделение твердой фазы центрифугированием

Промывка и диспергирование в этаноле

Высушивание полученного аморфного осадка

Отжиг при высоких температурах до получения смешанного оксида

Измельчение полученного материала

950 1000 1050 1100 1200 1300 Температура отжига, °С

Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием Y3Al5O12:Ce

Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием Y3Al5O12:Ce

Метод 2Темплатный синтез наночастиц YAG:Ce

Промежуточная стадия. Соли, импрегнированные в

структуру темплата

Иттрий-алюминиевые гранаты, допированные церием Y3Al5O12:Ce

Метод 3Гидро- и сольвотермальный синтез YAG:Ce при высоком давленииСуть метода:Получение золя из солей, оксидов или гидроксидов в виде раствора или суспензии в воде или органических растворителях при повышенной температуре (обычно до 300 °С) и давлении (около 100 МПа)

Гомогенизация смесиAl(OiPr)3,

Y(CH3

COO)3

•4H2

O Ce(CH3

COO)3

•1,5H2

O 1,4-бутандиолав течение 3 часов при нагреве

Выдерживание при температуре 270 – 300 °С в течение 1-3 суток

Выделение осадка центрифугирование и диспергивароние в органическом растворителе

500 нм

Наночастицы диоксида кремния с пришитым люминофором

120 нм

OO N

S

N

Кумарин 63-(2-бензотиазолил)-7-(диэтиламино) кумарин

O

N

O

N

POPOP1,4-бис(5-фенилоксазол-2-ил) бензол

300 350 400 450 500 550 6000

0.5

1

1.5

2

2.5

3соотношение

кумарин 6 : POPOP2,25:1

1,5:1

1:1

длина волны, нм

погл

ощ

ение

Органические люминофоры

Полимерные системы с люминофорами

O CH2

H2C

O

CH2R

Alkur Akr

H3C n m 3

Akr =H2C

O

O

CH3

H2C

CH2Alkur =

NH

CH3

CH3

H3C CH3

NH

O

O

O

O

R – остаток трехатомного спирта

Akr AlkurH2C O Alkur Akr

CH3

Олигоуретанметакрилат 53УИФ

Олигоуретанметакрилат 21УИФ

H2CO

CH3

O

CH3

Метилметакрилат

Полимерные матрицы

Сшитый поливинилбутираль

Свечение в УФ-свете полимерного покрытия на основе ПВБ с наночастицами YAG:Ce

Получение люминесцентных полимерных материалов на основе ОЛ в процессе фотополимеризации акриловых олигомеров

Фотографии образца, полученного методом пневматического распыления полимерной композиции на основе поливинилбутираля с частицами SiO2-FITC

300 400 500 600 700 800 900 10000

0.2

0.4

0.6

длина волны, нм

внеш

ни

й к

ван

товы

й в

ыхо

д,

%

Спектральные характеристики макета солнечного элемента CdS/CdTe без люминесцентного покрытия (красная линия) и с дополнительным люминесцентным покрытием (черная пунктирная линия) на основе органических люминофоров.

Влияния down-конверсионных люминесцентных фильтров на эффективность ФЭП

Фильтр Iкз, А Прирост Iкз,

%

КПД Прирост КПД,

%

Без фильтра 0,0797 - 1,624 -

LFN14 0,0867 8,78 1,674 3,10

LFN25 0,0868 8,90 1,710 5,56

LFN29 0,0861 8,03 1,710 5,56

LFN33 0,0853 7,03 1,690 4,32

LFN37 0,0859 7,78 1,680 3,70

Другие примененияБиологические исследования

Дисплеи

Элементы декора

Лампы дневного света

В докладе представлены результаты работ, полученных совместно с Филиным С.В.,

Таначевым И.А., Рыбаковой А.В.,

Работа проводилась при поддержке Министерства образования и науки РФ, ГК № 16.513.11.3083.

Спасибо за внимание!

Теоретические предпосылки использования down-конверсионных люминесцентных фильтров

Входные данные

Плотность фототока:

max

0

mod )( )(

dQEqJ c

где q – заряд электрона, λmax – “красная граница” фотоэффекта, QE(λ) – спектральный отклик

Суммарная спектральная плотность потока фотонов после прохождения фильтра Φmod:

Φmod = (1–Rs)(1–Rf)Φsun exp(-ελCL) + (1–Rs)Φem [(1–β)– βRs]

Значения коэффициентов отражения от границ:Rf = (1–nf)2/(1+nf)2

Rs = (nf –ns)2/(nf +ns)2

Спектральный отклик СБ CdS/CdTeНормированные спектры поглощения и люминесценции кумарина 6 в ПММА матрице

Теоретические предпосылки использования down-конверсионных люминесцентных фильтров